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植物分類學的理論

科技 更新时间:2025-01-12 15:50:57

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一、植物分類方法與分類系統

人類要利用植物,首先要識别植物,這就要分類。從人們對植物的辨别和分類到發展成為一門學科,經過了漫長的曆史。一般以亞裡士多德的弟子西奧弗拉斯脫(Theophrastos Eresio,約公元前371~公元前286)所著的《植物的曆史和植物本原》(De Historia et De Causis Plantarum)一書問世,作為植物分類學的開始。植物的分類經曆了人為分類方法與人為分類系統到自然分類方法與自然分類系統的發展時期。

(一)人為分類方法與人為分類系統

人為分類法是人們按照自己的便利,根據植物的用途,或根據植物的形态結構、生活習性,或選擇植物的一個或幾個明顯的特征将植物進行分門别類的分類方法。人為分類法不考慮物種間親緣關系的遠近。其主要代表人物及其貢獻有:瑞典分類學家林奈(Carl Linnaeus, 1735,1707~1778),在他的《自然系統》(Systema Naturae)中以表格的形式發表了“性”系統。把有花植物雄蕊的數目、雄蕊的不同特征以及雄蕊與雌蕊的關系作為分類的标準,将植物界分為24綱,如一雄蕊綱、二雄蕊綱……二十四雄蕊綱。我國明代藥物學家李時珍(1518~1593)所著的《本草綱目》将所收集的1000多種植物分成草部、谷部、菜部、果部和木部。每部又分成若幹類,如草部又分為山草、茅草、濕草、毒草、蔓草、水草、石草、苔草和雜草等。這些都是典型的人為分類方法。因此,依據人為分類法所建立的植物體系(或排序、或分類系統)就是人為分類系統。

人為分類法常把親緣關系極遠的植物歸并為一類,而相近的植物反被分離得很遠,以緻所建立的分類系統不能客觀地反映出植物間的内在聯系和固有次序。但是,對人類的生産和生活等實際應用卻起了重要作用,例如,栽培學上所稱糧食作物、油料作物、纖維植物等,果樹學上将果樹分為仁果類、核果類、堅果類、漿果類、柑果類等,通俗易懂、緊密聯系生産實際,簡單易行。

(二)自然分類方法與自然分類系統

自然分類法是在林奈的《植物的綱》(Classes plantarum,1738)中“自然系統的片段”、Candolle(法)的《植物學的基本原理》(Therorie elementaire′de la bontanique,1813)、Bentham 和Hooker(1862~1883)(英)《植物的屬志》(Genera Plantarum),以及達爾文(1809~1882)1859年發表的《物種起源》等的進化論思想的影響下逐漸建立起來的。自然分類法是以生物進化的觀點為出發點,根據植物間的形态結構、生理生化和生态習性等特性的相似性程度大小,判斷植物間的親疏程度,或親緣關系的遠近,尋求分類群譜系的發生關系和進化過程,并進行植物的分門别類和排序的方法。

根據自然分類法,現今的植物都是從共同的祖先演化而來的,彼此間都有或近或遠的親緣聯系,關系愈近,相似性愈多,愈遠則差異性愈大。由此所形成的“真花”學派與“假花”學派都是依據植物形态的演化趨勢來決定植物類群的位置和親緣關系。

因此,按自然分類法來分類,可以看出各種植物在分類系統中的地位和相互間在關系上的親疏。如小麥與水稻,有許多相同點,于是認為它們較親近;小麥與甘薯、大豆,相同的地方較少,所以它們較疏遠。

自然分類法能夠比較客觀地說明植物界發生發展的本質和進化上的順序性,因此,自然分類法又稱為系統發育分類法,現代植物的分類大都是依此進行的。但是,由于百萬年來植物的變化發展很複雜,許多古代植物早已滅絕,化石資料殘缺不全,新種還不斷被發現,因此,從事這方面研究的學者們的見解很難一緻,出現了各種不同的分類系統。現代被子植物的主要分類系統有:恩格勒(Engler)分類系統(1897)、哈欽松(J. Hutchinson)分類系統(1962),塔赫他間(A. Taxtaujqh)分類系統(1942)和克朗奎斯特(Cronquist)分類系統(1958)。我國著名分類學家胡先驌也曾于1950年提出了一個被子植物的多元系統。這些系統從不同側面反映了植物界的發生演化關系,各有其優缺點。随着生産實踐的發展和科學水平的提高,植物分類系統将會不斷得到修正和完善。

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植物分類的各級單位

為了便于有效地識别多樣性的植物種類和系統地表示植物間的親緣關系與系統發生的時序性,對全部植物進行分門别類,按照植物類群的等級,所給予的一定名稱,就是分類上的各級單位(或階元)

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各級單位根據需要可再分成亞級,即在各級單位之前,加上一個亞(sub-)字,如亞門、亞綱、亞目、亞科、亞屬。種下面又分為亞種、變種和變型。現以水稻為例,說明它在分類上所屬的各級單位。

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物種的概念及其意義

在進化論産生之前,分類學家根據生物的表型特征來識别和區分物種。就生物分類的目的而言,物種是生物界可依據表型特征識别和區分的基本單位。而從進化的觀點來看,物種是進化的,是在進化中産生的。

早在17世紀,約翰.雷(John Ray)在其《植物史》一書中把種定義為“形态類似的個體之集合”,同時認為物種具有“通過繁殖而永遠延續的特點”。林奈繼承了約翰?雷的觀點,他認為,物種是由形态相似的個體組成,同種個體可以自由交配,并能産生可育的後代,而異種雜交則不育。達爾文打破了物種永恒性的傳統觀點,認為一個物種可變為另一個物種,物種之間存在着不同程度的親緣關系。

由上可見,物種(或“種”)是分類系統的基本單位。種不是相似個體的簡單集合。種是起源于共同祖先、具有極為相似的形态和生理特征,能自然交配、産生育性正常的後代,并具有一定的自然分布區的生物類群。通常,一個物種的個體一般不能和其他物種進行生殖結合,即使結合,也不能産生有生殖能力的後代,即具有生殖隔離現象。因此,物種是生物進化過程中從量變到質變的一個飛躍,是自然選擇的曆史産物。

物種雖具有相對穩定的形态特征,但又處于不斷發展演化中。如果種内某些個體之間具有顯著差異,則可視差異的大小,分為亞種(subspecies)、變種(varietas)和變型(forma)等。亞種除形态結構和生理上有顯著特征外,還具有一定的自然分布區。變種在植物分類中是一個比較常用的單位,它與原有種隻是在特征上存在較小的差别。例如花色的變化、毛的有無、枝條下垂與否等,這些特征是種内個體在不同環境條件影響下所産生的可遺傳的變異,如糯稻(Oryza sativa var. glutinosa Matsum.)。變型是同一種内的植物,在形态上表現出與原有種有差異的個體群,其變異更小,不穩定,也不能遺傳,如樹木的形态、葉色的變異等。

在栽培植物中,人們常以品種(cultivar)來評價或區分種内不同栽培群體類型。因此,品種是人類在栽培某一物種的過程中,基于經濟意義和形态上的考慮,而選擇出來的變異群體類型。确立品種的指标主要有色、香、味、植株大小、産量高低等。如蘋果有國光、香蕉、紅元帥等品種,小麥、玉米、水稻、菊花等具有更多的品種。品種隻用于栽培植物,不用于野生植物。實際上是栽培植物的變種或變型。種内各品種間的雜交,叫近親雜交。種間、屬間或更高級的單位之間的雜交,稱遠緣雜交。育種工作者,常常遵循近親易于雜交的法則,培育出新的品種。

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植物的命名法則

人們在生産和科學研究中,為了識别、掌握和利用植物,常常給不同種類的植物起不同的名稱,借以區别它們,所以各國、各地區或各民族對某種植物都有他們自己的通俗稱呼,即俗名。俗名地方通用、一說皆知,具有描述性、形象性。如七葉一枝花、人參、鑽天楊、龍爪槐等。但俗名也有其局限性:存在同物異名(synonym),或異物同名(homonym)的混亂現象,如馬鈴薯在南京叫洋山芋,在東北和華北多叫土豆,在西北則叫洋芋。同叫白頭翁的植物多達16種,分屬于4科16屬,造成識别和利用植物及成果交流等方面的障礙。

為避免混亂,很早以前,植物學家就對制定國際通用的植物命名法做了很多努力。1753年瑞典植物學家林奈發表的《植物種志》(Species Plantarum)一書系統規範應用了雙名法(binomial nomenclature),後被世界植物學家所采用,并經國際植物學會确認,于1867年由德堪多(A.P.Decando)等人拟定出國際植物命名法規(International Code of Botanical Nomenclature,ICBN),後經多次國際植物學會讨論修訂。雙名法是用兩個拉丁單詞作為一種植物的名稱,第一個單詞是屬名,是名詞,其第一個字母要大寫;第二個單詞為種名形容詞(specific opithet);後邊再寫上定名人的姓氏或姓氏縮寫(第一個字母要大寫),便于考證,這種國際上統一的名稱,就是學名(scientific name)。屬名和種名應為斜體字。如稻的學名是Oryza sativa L. 第一個詞是屬名,是水稻的古希臘名,是名詞;第二個字是種名形容詞,是栽培的意思;後邊大寫“L”,是定名人林奈的首字母。

種以下的分類單位有亞種(subspecies)、變種(varietas)、變型(forma)等,這三個詞的縮寫為subsp.或ssp.(亞種)、var. (變種)、f. (變型)。其命名方法是在原種的完整學名之後,加上拉丁文亞種或變種或變型的縮寫,然後再加上亞種名、變種名或變型名,最後附以定名人姓氏或姓氏縮寫,如蟠桃(Prunus persica var. compressa Bean.)為桃的變種,白丁香(Syringa oblata Lindl. var. alba Rehd.)為紫丁香的變種, 龍爪槐(Sophora japonica L. f. pendula Loud.)是槐樹的變型等。

植物的科名常根據本科中某一顯著特征而來,或根據一科中最顯著的某一屬名而定,如茄科(Solanaceae)是由茄屬(Solanum)而來。科及科以上各級單位的名稱均為正體書寫。

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定距式檢索法

這是最常用的一種,每對特征寫在左邊一定的距離處,前有号碼為1,2,…,與之相對立的特征寫在同樣距離處,如此下去每行字數減少,距離越來越短,逐級向右收縮,使用上較為方便,每組對應性狀一目了然,便于查找核對。隻是如果種類較多時,行次偏斜,左空而右擠,行次變短,是其不足。

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平行式檢索法

與内縮式檢索表不同處在于每一對特征(相反的)緊緊相連,易于比較,在一行叙述之後為一數字或為名稱。

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連續平行檢索法

将一對互相區别的特征用兩個不同的項号表示,其中後一項号加括弧,以表示它們是相對比的項目,如下列中的1.(6)和6.(1),排列按1.2.3 的順序。查閱時,若其性狀符合1時,就向下查2。若不符合1時就查相對比的項号6,如此類推,直到查明其分類等級。:

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